Таблица КПД двигателя стирлинга
Итак, в продолжение поста График КПД идеального двигателя Стирлинга хочу привести таблицу КПД двигателя Стирлинга, в которой больше расчётных значений. Также на основе некоторых полученных цифр покажу интересные и используемые в практике температуры.
Берём, к примеру, распространённый низкотемпературный Стирлинг, который работает от тепла рук. Смотрим строку, где температура нагревателя равна 36 градусов Цельсия (выделено бежевым) и какие результаты мы видим? А видим, что при температуре холодильника в 30°С (теплый летний день) КПД составит всего 1,94%, а при температуре 20°С (температура в помещении) КПД будет уже 5,18%. Ну и при нуле (положим на радиатор двигателя кусочек льда) — 11,64%, а это уже в 6 раз больше, чем в тёплый летний день!
Для расчёта мощности стирлинга вы можете воспользоваться калькулятором.
Ещё два значения (выделены зелёным):
Тхол=-30°С , Тнагр=6°С — это значения температуры воздуха, например, в северной части России зимой и температура земли на глубине более 0,5 метра. Это к вопросу об использовании тепловой энергии земли для генерации энергии в зимний период. КПД при заданных значениях будет 12.9%
Тхол=6°С , Тнагр=60°С (или 80°С или…) -это для энтузиастов, которые строят двигатель с нагревом от солнечных лучей. Тут опять же рассчитано охлаждение двигателя температурой недр (вкопанные радиаторы на глубине более 0,5 метра или скважина, или водоём), а температура нагревателя зависит от энергии солнечных лучей. При этом максимальную температуру нагревателя можно увеличивать при помощи дополнительных зеркал или т.н. концентраторов. Таким образом при Тнагр=60°С КПД=16,21%, а при Тнагр=100°С КПД=25,19%. Ну и так далее по таблице. Собираете высокотемпературный Стирлинг, ставите его в центр концентратора и генерите и генерите экологически чистую энергию )))
Все данные получены при помощи калькулятора КПД двигателя стирлинга. Можете сами проверить.
КПД дизель. ДВС НЕ может быть ВЫШЕ бензина, т.к. тепла от бензина больше. А что «в практике» дизель экономичнее, так совсем по другим причинам.
Бензин сгорает с максимальной отдачей строго в пропорции 1:14,7. Нарушение пропорции приводит к перерасходу топлива. Солярка сгорает в любой пропорции. Бензин. ДВС потребляет по ОБОРОТАМ, дизель-ПО НАГРУЗКЕ ! А т.к. «только в гору меньше, чем под гору +по прямой» дизель больший путь проходит с меньшим расходом…
При равных раб. объёмах мощность бенз. ДВС на 30-40% выше дизеля. И максимальный кр. момент у бензина больше, но в силу конструкции на низких оборотах- «дым из трубы» кр. момент у дизеля выше.
Разница моторов одна: у бенз. ДВС есть дроссельная заслонка, у дизеля её нет. Какую она играет роль?
У бензина крут. момент-величина постоянная. Это значит, что на каждый такт всасывания идёт строго одна порция бензина. Нагрузка роли не имеет значения. НО,если «в гору», при скорости …60 км/ч. и оборотах 3 тысячи двигатель выдаёт…50 л.с. и они держат эту скорость, то по прямой для 60 км/ч. достаточно 12-15 л.с. Обороты двигателя-3 т., мощность-50 сил.. Куда уходит «избыток сил» ?
Крутящий момент у дв. 1,5-1,6- около 12 -14 кг.м. (93-й бензин). На одном обороте 2 раб. такта. Один такт-6-7 кг.м. Если в машине в ЛЮБОМ узле-(тормоза, трение, всасывание воздуха ….)дать сопротивление на КАЖДОМ обороте 12-14 кг.м.- двигатель остановится. Вот др. заслонкой водитель и поддерживает скорость-(обороты двигателя). Расход топлива при этом: одна порция * на число оборотов. Заслонка открыта-все 6-7 кг. идут на вращение колёс. По прямой: 3-3.5 на разгон, остальные-на торможение. Один кг.м. на разгон -5-6 на торможение. Машина снижает скорость. НО ! Расход топлива остаётся . У дизеля-нет. В гору-больше бензинового ДВС, по прямой, под гору, на холостых -меньше. В итоге-расход меньше на 30-40%
А можно формулу по какой фоомуле вы расчитали кпд
КПД двигателя = (Тн — Тх) / Тн
Тн — температура нагревателя (горячего цилиндра двигателя) в градусах Кельвина (°К);
Тх — температура холодильника (холодной части двигателя) в градусах Кельвина (°К);
КПД теплового насоса =T2 /(T1 – T2)
где Т2 — температура отбираемая от источника тепла (в нашем варианте это, например, грунтовые воды), а Т1 — температура, которую отдаёт насос потребителю (например для отопления помещения). Всё в градусах Кельвина. Если расчёт вести в градусах Цельсия, то к температуре в Кельвинах необходимо прибавить 273,15.
Что-то не пойму, как была выведена эта таблица именно КПД двигателя.
Как выше написали, КПД двигателя = (Тн — Тх) / Тн, но это не верно. Это КПД идеального тепловвого цикла, а не двигателя.
Тн нагревателя, все ясно, но Тх в данном случае это будет остаточная температура после совершения работы нагретым газом, а не та которая будет в итоге отдана холодильнику. Т.е. предположим мы каким-то чудом нагрели газ до 2500, передав ему всю энергию от сгоревшего бензина и создали давление в 1МПа, т.е. газ расширится в 10 раз и расширившись совершит работу, остыв до первичных значений, скажем в 20 градусов, где давление будет равно 1 атм. Это и есть КПД цикла, по формуле указанной выше, можно рассчитать его КПД. Т.е. КПД цикла = (2500-0)/2500 = 1. В КПД двигателя, формула будет иметь Тх значение, которое останется после совершения работы поршнем, а это обычно до 50% от первичных значений тепла газа, так как на это есть физические ограничения. Поскольку при совершении работы газ будет остывать, то будет падать и давление. Расширившись в 5 раз, давление упадет до 0.5 МПа, в 9 раз, до 0.1 и т.д. пока будет вообще возможность совершать работу. В двигателе же, много сил сопротивления работе, поэтому газ может совершать работу только до определенной степени, таким образом он не сможет расшириться идеально, а только до определенной степени, где нам придется сбросить давление, в данном случае, принудительно остудив газ.
Т.е. (2500-1250)/2500 = 0,5. Остальные 0,5 отдадим атмосферному холодильнику. Сюда же надо включить тепло, которое уйдет в атмосферу от нагревателя. Это верно для ДВС. У Стирлинга же, рабочее тело газ, а он очень хороший теплоизолятор, поэтому крайне неохотно нагревается. Из-за чего, создать высокую температуру рабочего тело, крайне проблематично, что значит это двигатель низкого давления. Хорошо если рабочая температура будет 500, а это всего 0,3 МПа давления, которое будет снижаться с работой газа. Приводя аналогию с ДВС, то он уже просто выкинет это давление в атмосферу, а Стирлингу с еще более низким давлением надо работать, при этом это точно такой же поршневой двигатель.
Поэтому Ситирлинги и не популярны, что очень много тепла приходится отдавать атмосфере. Забрать с 1 МПа 0,3% КПД, или забрать с 0,3 МПа 0,3% КПД?
С теплом отданным холодильнику, можно корректно рассчитать мощность, крутящий момент, давление на поршень, но не КПД двигателя.
КПД двигателя = (Тн — Тх) / Тн, Это КПД идеального теплового цикла, а не двигателя.
Николай, всё верно вы говорите
Если мы в формулу подставим температуры нагревателя и холодильника 2500°С и 20°С, заранее переведя их в Кельвины, то получим 89.42898869516614%